Cap sur le verre

La fabrication du verre relève bien souvent du mystère ! Sais-tu comment obtenir une belle bouteille, un verre pour boire ou encore le verre bien lisse d’une fenêtre ? Le verre est tout autour de nous et pourtant rares sont ceux qui savent comment on le fabrique ! Je te propose donc de partir à la découverte de ce procédé ancestral !

Qu’est-ce que le verre ?
Avant de s’intéresser à la fabrication du verre, on va se questionner sur ce matériau : qu’est-ce que le verre exactement ? Cette question peut sembler naïve, mais sais-tu exactement ce qu’est le verre ? Oui, il s’agit d’un matériau solide, dur et transparent. Bien qu’il soit cassant, il est capable de résister au feu (jusqu’à 1200°C pour certains d’entre eux).

Mais si on s’intéresse à lui plus en détail, quelle est la structure atomique du verre ?

Structure atomique du verre
Là, tout de suite, on est plus embêté pour répondre à cette question ! Te souviens-tu que tout ce qui nous entoure est formé d’atomes ? Comme des petites billes qui s’assemblent les unes avec les autres pour former de l’air, de l’eau, une table en bois, un gilet en laine ou encore…un être humain !

Eh bien dans le cas du verre, il y a un atome de Silicium qui est entouré de 4 atomes d’oxygène. Le tout crée une forme spéciale que l’on appelle tétraèdre (une sorte de pyramide). Et cet ensemble de silicium/oxygène s’appelle la silice (tu peux aussi l’appeler oxyde de silicium…tes amis en seront bouché bée !)
Très souvent, lorsque l’on regarde un solide de très près, les atomes qui le composent sont rangés de façon bien alignée, ils se tiennent tous par la main et sont sages comme des images. On dit qu’ils sont dans un état cristallin. Tu peux d’ailleurs t’amuser à créer un cristal en faisant une expérience toute simple.

Mais figure-toi que, pour le verre, ce n’est pas pareil : les atomes ne sont pas bien alignés! Le procédé de fabrication du verre empêche la silice de s’ordonner correctement ! Résultat, c’est un bazar pas possible ! On parle alors d’un solide non cristallin (oui, on n’est pas allé chercher bien loin pour ce terme !) On dit aussi que le verre est un matériau amorphe (littéralement « qui n’a pas de forme »…au niveau atomique bien sûr !)

Ce bazar à l’échelle atomique est un état particulier de la matière que l’on appelle l’état vitreux : on a l’impression que les atomes ne bougent pas ; mais ils ne sont pas bien rangés, il n’y a pas de maille cristalline précise : les atomes ne sont pas bien alignés les uns par rapport aux autres !
De quoi est fait le verre ?
Bon, ok, on a vu que les molécules de silice qui forment le verre ne sont pas bien disciplinées, mais on les trouve où ces molécules ? Eh bien ce sont tout simplement des composants du sable ! Oui, oui ! Tu as bien lu ! Le sable que tu trouves au bord des plages ! Les grains de sables sont des oxydes de silicium (appelé quartz), c’est donc un matériau naturel, que l’on trouve en abondance et que l’on connaît depuis la nuit des temps !

Histoire de la fabrication du verre
Comme l’homme est en contact avec le sable depuis toujours, le savoir-faire de la fabrication du verre remonte à loin. Selon Pline, un auteur romain du premier siècle après Jésus Christ (J.-C.), la première fois qu’un homme a fabriqué du verre, c’était par accident. Sais-tu que de nombreuses découvertes scientifiques ont été faites par accident ?

Selon lui, des marchands phéniciens auraient mis le feu à une plage et cela aurait donné…du verre ! Pline affirme que l’incident aurait eu lieu en 2000 avant J.-C.. Pourtant, des traces de fabrication de verre qui remontent à plus loin ont été découvertes : en Egypte, des traces de maîtres-verriers (ceux qui fabriquent du verre) ont été décelées dès 3000 avant J.-C.. Certaines études mentionnent même des vestiges datant de 4500 avant J.-C. en Mésopotamie. 

Il est donc très difficile de dater la première fabrication de verre, mais on sait que c’est un artisanat très ancien. Il y a cependant un point sur lequel les études sont relativement d’accord : ce sont les romains qui ont « industrialisé » la fabrication du verre et qui ont été les premiers à concevoir du verre pour des vitres.

A cette époque lointaine des romains, le verre est souvent bleu-vert à cause de la présence de métal (des oxydes métalliques) dans le sable. C’est aux environs du IIIème siècle après J.-C. que le verre devient incolore grâce à la mise au point de nouveaux procédés de fabrication.

La fabrication du verre, bien que très ancienne, est régulièrement améliorée par de nouveaux procédés comme la technique dite « du verre flotté » qui permet d’avoir du verre très lisse pour les fenêtres (par exemple) qui a été mise au point dans les années 1950-1960.

Les 5 étapes clés de la fabrication du verre
Il faut savoir que la fabrication du verre nécessite 5 étapes principales :

La préparation du lit de fusion
Dans la première étape de fabrication du verre, on prépare le lit de fusion. Qu’est-ce que c’est que ça ? C’est tout simplement le mélange qui va être transformé en verre. Oui, je sais, je t’ai dit qu’il fallait prendre du sable et c’est tout ! Mais pour être tout à fait exact, on ajoute quelques autres matériaux qui diffèrent selon le verre fabriqué ! Voici donc ce dont nous avons besoin :

• les « agent vitrificateurs », c’est-à-dire la silice (le sable) et du verre recyclé (que l’on appelle calcin)
• les « agents modificateurs », c’est-à-dire différents éléments (soude, potasse, chaux, alumine, magnésie…) qui donnent des caractéristiques variées au verre : la couleur finale, la température de fusion lors de l’élaboration du verre…
  

  

L’élaboration du verre
Une fois que notre lit de fusion est prêt, nous allons pouvoir commencer à élaborer le verre.

Pour cela, on va utiliser un four (le four de fusion) très très chaud qui chauffe à 1300-1400°C. A cette température, les matériaux fondent, c’est ce qu’on appelle la fusion. Cela nous permet d’obtenir une pâte de verre. Le problème, c’est que celle-ci contient beaucoup de bulles de gaz. Pour les éliminer, on augmente la température du four afin d’atteindre 1450-1550°C.

A cette étape, notre pâte de verre n’a plus de bulles de gaz, mais elle est trop liquide pour être formée, il faut donc la refroidir : c’est l’étape, appelée la braise, qui consiste à redescendre la température à 1000-1200°C.

La mise en forme
Une fois que la pâte de verre est prête, il ne reste plus qu’à lui donner la forme que l’on veut !

Il existe différentes techniques pour mettre en forme le verre. On peut utiliser des moules, des presses, des bains d’étain ou…le soufflage, c’est d’ailleurs l’image qu’on a le plus souvent en tête quand on pense aux maîtres-verriers : une personne qui souffle dans sa canne à souffler pour former un vase, d’autres outils (comme la mailloche qui permet d’arrondir les objets formés) sont à côté de lui, prêts à être utilisés.

Le choix de la technique va tout simplement dépendre de ce que l’on veut faire à la fin ! Une vitre ? Une bouteille ? Un bocal ? On adapte la technique pour avoir le résultat voulu ! On ne va pas rentrer dans les détails de chacune de ces techniques, mais sache simplement qu’elles sont là et qu’elles diffèrent selon l’objet fabriqué.

C’est à cette étape que toute la créativité du maître-verrier peut s’exprimer !

La recuisson
Voilà notre objet en verre formé, tout beau ! Mais il reste une étape indispensable à réaliser : la recuisson ! Hé oui ! Lors de la mise en forme, la pâte de verre est refroidie beaucoup trop rapidement, des tensions s’installent dans le verre. Ce sont des zones de fragilité, des endroits où les atomes se tiennent par le bout des doigts, prêts à se lâcher ! Le verre est trop fragile, il est prêt à éclater : il se fissure et se brise en un rien de temps !

On met alors l’objet dans un nouveau four appelé arche ou four de recuisson : on va ré-augmenter la température du verre puis il va y avoir un refroidissement contrôlé, la température va redescendre doucement. Ce nouveau refroidissement (beaucoup plus long que lors de la mise en forme) va permettre d’éliminer les tensions et d’obtenir un verre plus solide.

Contrôle qualité
Bien évidemment, la dernière étape de la fabrication du verre est celle du contrôle qualité ! Il faut s’assurer que les objets qui ont été fabriqués ont bien les caractéristiques de couleur, forme et solidité voulues. Il y a donc toute une série de tests qui sont effectués pour s’assurer que l’objet final est bien conforme à ce que l’on souhaite !

Recyclage du verre
Comme tu l’as vu, à l’étape de la préparation du lit de fusion, il est possible d’utiliser du verre recyclé au lieu de la silice. Ceci a deux avantages, le premier c’est que l’on n’a pas besoin de prendre du sable dans la nature et le second c’est que la température de fusion du verre recyclé est plus basse que celle de la silice.

En effet, la température des fours est le point noir de la fabrication du verre : cela nécessite une grande quantité d’énergie, et donc pollue. En abaissant la température de fusion, on rejette moins de CO₂ dans l’atmosphère. Alors, en attendant de savoir faire du verre comme certaines éponges qui le fabriquent à température ambiante, mieux vaut utiliser du verre recyclé !

En France, le verre est très bien recyclé : environ 78% du verre jeté est recyclé (données de l’ADEME en 2023). Et heureusement puisque les français jettent en moyenne 30 kg de verre par an ! Lorsque tu jettes une bouteille en verre dans une benne (bien souvent verte), un camion va venir la récupérer pour l’emmener jusqu’à une usine qui va couper le verre en petits morceaux et le nettoyer. Il sera alors prêt à être utilisé dans un nouveau lit de fusion pour fabriquer une nouvelle bouteille (ou tout autre objet en verre !). Le gros avantage de ce procédé, c’est que la qualité du verre reste identique quel que soit le nombre de cycles de recyclage ! On peut donc recycler le verre à l’infini !

Et toi ? Penses-tu à bien mettre les contenants en verre dans la benne de recyclage ?

Texte : Claire, son site Sciences Ludiques